La 16-an de junio 2021, Martens estis nomita kiel unu el la 18 unuaj teamo-ludantoj de Nederlando ĉe la Olimpikoj de 2020, la unua olimpika turniro de Nederlando por virinoj. En la unua matĉo de la grupa fazo, Martens trafis sian 50-an nacian teamgolon kontraŭ Zambio. Martens gajnis alian en tiu matĉo kun la fina rezulto estis Zambio 3 <unk> 10 Nederlando, la plej alta gajnanta matĉo de virina futbalo en olimpika historio. En la tria kaj fina matĉo de Nederlando en la grupa fazo, Martens gajnis pliajn du golojn kontraŭ Ĉinio kiam la nederlandanoj avancis al la kvaronfinalo de la turniro. Ili alfrontis sian 2019 Virina Monda Pokalo Finalo
la rivalaj Usono, kie Martens maltrafis punon en la 81-a minuto kaj la nederlandanoj estis venkitaj post penaltigo post periodo de kromtempo.